特集永久ミニ電源 × マイクロワット作戦ナノ・アンペア級倹約 OP アンプの使い方中野正次 −D コンバータに直結できないこともよくあります．そんなときは何らかのアンプ，フィルタ，インピーダンス変換回路などが必要です．（フ本章では，A−D コンバータの前に入れるアンプィルタなども含む）をプリアンプと呼び，消費電力の小さいプリアンプの作り方について解説します．スリープさせるのが基本プリアンプを常時動作させると，当然消費電力が増えます．データのサンプリング頻度が低ければ，アンプ部も休止させたほうが有利です．このような間欠動作にはいくつかの方法が考えられます． ❶電源を ON/OFF する図 1 のようなコンデンサ結合の交流アンプを，電源 2015 年 2 月号アンプA1の消費電流が少ないと，このコンデンサの蓄電で動作し続けてしまうアンプA1の電源をON/OFFする Tr1 V＋内部抵抗 R1 C1 ＋ rS 信号源︵センサなど︶ ● マイコンを利用してセンシングするにはアンプやフィルタが要る CPU の動作時の消費電力はたいへん少なくなっています．低消費電力化を図る常套手段は，回路（主に CPU）を短時間のみ動作させ，大半を休止状態にしておくことです．CPU 自体，必要のない内部の回路ブロックを動かさないなど省エネ機能が充実しています．休止状態から起き上がるときに使われるタイマも，特別に消費電力が少なくなる工夫がなされています．しかし，常にタイマで休止状態から復帰する動作で良いとは限りません．低消費電力が必要な例として，何かの現象を常時監視して，異常があったら知らせる，といった応用も考えられます．CPU は外界の変化をセンサなどで感知する必要があり，そのセンサは常時動いている必要があります．センサとマイコンを繋ぐ場合，ディジタル出力のセンサが使えれば手軽ですが，すべてのセンサがディジタル化しているわけではありません．それどころか，出力電圧が小さかったり，出力インピーダンスが高かったりして，アンプなしではマイコンに内蔵された A Masatsugu Nakano − R2 A1 C3 Vout R4 R3 C2 VA コントロール出力 CPU A-D 変換入力イントロダクション第3章 10 MΩ ノイズにも負けない超低消費電力超の高インセンサ・アナログ回路の作り方ピーダンス・ワールド 1 2 3 4 5 6 大容量にすると省エネにならないアンプA1の出力が安定するセトリング･タイムに影響する図 1 マイコンを使ったセンシング・システムを低消費電力化したいならアナログ回路の電源を OFF できる回路が有効コンデンサ結合の交流アンプは，電源が入ってから動作点が安定するまでに時間がかかる．電源のバイパス・コンデンサに溜まった電荷で回路は動き続けるので，短時間に ON/OFF しても省エネにならない ON/OFF で低電力化する場合は，思ってもみないところで電流が消費されます．図 1 のC 1 とC 2 は，信号にかかわらず A1 の動作点を一定に保つためのものです．電源 OFF 時には電荷がないので，ON 後に動作点まで変化します．この変化が許容誤差の範囲に落ち着くまでには，CPU の動作スピードから見るとかなりの時間がかかります． C 3 はアンプの安定動作上必要なものですが，大容量にするとアンプは動作したままになって消費電力は減りません． ❷アンプや A−D 変換の安定をスリープで待つプリアンプの出力が安定するまでの時間が長い場合， CPU を動作させた状態で待っていると，余分な電力を費やします．このようなときは，図 2 のようにアナログ電源を ON にした後，いったん CPU をスリープに戻して待つ方法もあります． 71 7